freescale飞思卡尔 HCS12 系列单片机bootloader详解

Posted 2020-12-31 15821216114sw

    在完成内存映射的内容后，接下来我们将进入一个简单Bootloader的实际设计中来。在第一节内容中，我们已经简单介绍了bootlaoder的作用，它实际上就是在单片机重启过程中的一个步骤：如果有bootloader的启动信号，则进入bootloader模式开始新程序的接收与flash的擦写，若没有bootloader的启动信号，则直接进入用户程序执行用户程序内容。

　bootloader的启动信号一般有如下两种：

　1）外部引脚接地或者拉高电平；每次启动时先监测某一已经设定的引脚是否已经被操作到了bootloader启动电平位，如果是希望bootloader启动的电平，则需要跳转入bootloader程序，否则直接进入用户程序。

   2）重启后先开启通讯，通过串口，LIN或者CAN，网络等方式先于外部设备交互，若能够完成已经设计好的握手内容，则进入bootloader继续后续操作，否则等待一段时间比如10ms后直接跳转至用户程序。

   读取引脚信息跳转bootloader与单片机的类型紧密相关，因而这里仅介绍开启通讯后的bootloader实现（实际上实现的过程大同小异，可以举一反三）。

   这里讲解的内容即为上述（2）中方式，这个方式的开机后处理逻辑为：

  1. 初始化总线时钟

  2. 初始化通讯方式（初始化串口，CAN通讯，网络通讯或其他）

  3. 初始化Flash擦写内容（这一步也可以在确认要进入bootloader后进行）

  4. 将Flash擦写必须的程序从ROM中的复制到RAM中

  5. 进入大循环中从通讯方式中发出握手信号判断是否进入Bootloader，握手成功则进入Bootloader否则进入用户程序

  在了解整个开机后处理逻辑后，首先就需要考虑划分存储空间的事。下面是我的一个例程的prm文件的设置内容（本例程使用飞思卡尔HC9S12G128单片机为例）：

 1 /* This is a linker parameter file for the MC9S12G128 */
 2 NAMES END /* CodeWarrior will pass all the needed files to the linker by command line. But here you may add your own files too. */
 3 
 4 SEGMENTS  /* Here all RAM/ROM areas of the device are listed. Used in PLACEMENT below. */
 5 
 6 /* Register space  */
 7 /*    IO_SEG        = PAGED         0x0000 TO   0x03FF; intentionally not defined */
 8 
 9 /* RAM */
10       RAM           = READ_WRITE    0x2000 TO   0x3BFF;
11       CODE_RAM      = READ_WRITE    0x3C00 TO   0x3FFF; /*1 kB for flash read and write*/
12 
13 /* D-Flash */
14       DFLASH        = READ_ONLY   0x000400 TO 0x0013FF;
15 
16 /* non-paged FLASHs */
17       ROM_1400      = READ_ONLY     0x1400 TO   0x1FFF;
18       
19       ROM_BOOT      = READ_ONLY     0x4000 TO   0x43FF;   // 1KB for boot loader
20       ROM_FLASH     = READ_ONLY     0X4400 TO   0x47FF RELOCATE_TO 0x3C00;  // 1KB for necessary flash operation 
21       
22       ROM_C000      = READ_ONLY     0xC000 TO   0xFEFF; 
23  /*   VECTORS       = READ_ONLY     0xFF00 TO   0xFFFF; intentionally not defined: used for VECTOR commands below */
24    //OSVECTORS      = READ_ONLY     0xFF80 TO   0xFFFF;   /* OSEK interrupt vectors (use your vector.o) */
25 
26 /* paged FLASH:                     0x8000 TO   0xBFFF; addressed through PPAGE */
27       PAGE_08       = READ_ONLY   0x088000 TO 0x08BFFF;
28       PAGE_09       = READ_ONLY   0x098000 TO 0x09BFFF;
29       PAGE_0A       = READ_ONLY   0x0A8000 TO 0x0ABFFF;
30       PAGE_0B       = READ_ONLY   0x0B8000 TO 0x0BBFFF;
31       PAGE_0C       = READ_ONLY   0x0C8000 TO 0x0C93FF;
32       PAGE_0C_A000  = READ_ONLY   0x0CA000 TO 0x0CBFFF;
33       PAGE_0E       = READ_ONLY   0x0E8000 TO 0x0EBFFF;
34 /*    PAGE_0D       = READ_ONLY   0x0D8000 TO 0x0DBFFF; not used: equivalent to ROM_4000 */
35 /*    PAGE_0F       = READ_ONLY   0x0F8000 TO 0x0FBEFF; not used: equivalent to ROM_C000 */
36 END
37 
38 PLACEMENT /* here all predefined and user segments are placed into the SEGMENTS defined above. */
39       _PRESTART,              /* Used in HIWARE format: jump to _Startup at the code start */
40       STARTUP,                /* startup data structures */
41       ROM_VAR,                /* constant variables */
42       STRINGS,                /* string literals */
43       VIRTUAL_TABLE_SEGMENT,  /* C++ virtual table segment */
44     //.ostext,                /* OSEK */
45       NON_BANKED,             /* runtime routines which must not be banked */
46       COPY                    /* copy down information: how to initialize variables */
47                               /* in case you want to use ROM_4000 here as well, make sure
48                                  that all files (incl. library files) are compiled with the
49                                  option: -OnB=b */
50                         INTO  ROM_C000/*, ROM_1400, ROM_4000*/;
51                         
52       BOOTLOADER        INTO  ROM_BOOT;
53       FLASH_CODE        INTO  ROM_FLASH;
54                         
55       
56       USER_APP          INTO  PAGE_08;
57       TEST_AREA         INTO  PAGE_09;  /* physical address from 0x2_4000 */
58       DEFAULT_ROM       INTO  PAGE_0A, PAGE_0B, PAGE_0C, PAGE_0C_A000, PAGE_0E                  ;
59 
60     //.stackstart,            /* eventually used for OSEK kernel awareness: Main-Stack Start */
61       SSTACK,                 /* allocate stack first to avoid overwriting variables on overflow */
62     //.stackend,              /* eventually used for OSEK kernel awareness: Main-Stack End */
63     DEFAULT_RAM         INTO  RAM;
64 
65   //.vectors            INTO  OSVECTORS; /* OSEK */
66 END
67 
68 ENTRIES /* keep the following unreferenced variables */
69     /* OSEK: always allocate the vector table and all dependent objects */
70   //_vectab OsBuildNumber _OsOrtiStackStart _OsOrtiStart
71 END
72 
73 STACKSIZE 0x100
74 
75 VECTOR 0 _Startup /* reset vector: this is the default entry point for a C/C++ application. */
76 //VECTOR 0 Entry  /* reset vector: this is the default entry point for an Assembly application. */
77 //INIT Entry      /* for assembly applications: that this is as well the initialization entry point */
78 
79 VECTOR ADDRESS 0xFFD6 SCI0_INT_receive

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    这段内存分块中可以看出，全部的RAM空间地址从0x2000-0x3FFF。其中最高位的1KB （地址从 0x3C00到0x3FFF）内容用于运行Flash读写时的程序（注意，Flash的读写不能同步进行，仅当Flash不在写入时才能从中读取程序)。我们将ROM逻辑地址中未分页的区域0x4400-0x47FF定义为Flash写入必不可少的程序存储区域，并使用 RELOCATE_TO 语句将其映射至0x3C00。这样的话，存储在ROM_FLASH区域中的内容将在运行时使用CODE_RAM中的地址（当然程序需要在运行以前从ROM中先复制到RAM里，单片机不会自动帮你完成）。除了以上的操作外，我们分别定义了bootloader的存储区域ROM_BOOT并定义了相关存储区域的名称。

   我们通过如下代码的方式定义了Flash擦写的库函数，通过#pragma关键词将其定位至不同的存储空间

 1 #ifndef  _FLASH_LIB_H
 2 #define  _FLASH_LIB_H
 3 
 4 #include <mc9s12g128.h>
 5 
 6 typedef enum
 7 {
 8     NoError           = 0,
 9     FlashProgramError = 1,
10     FlashEraseError   = 2
11 } FlashMsg;
12 
13 #pragma CODE_SEG  BOOTLOASER
14 
15 void Init_Flash(void);
16 
17 #pragma CODE_SEG  DEFAULT
18 
19 #pragma CODE_SEG FLASH_CODE
20 
21 FlashMsg Flash_Program(unsigned long address, unsigned int *ptr);
22 
23 FlashMsg Flash_EraseSector(unsigned long address);
24 
25 
26 #pragma CODE_SEG DEFAULT
27 
28 #endif

View Code

   其中Flash区域的擦除与写入函数我们将其放在ROM的Flash区域，这两个函数都将会被复制到RAM中运行，复制ROM中的函数到RAM中我们只需要将每个字节都对应的复制过去即可。代码复制函数及其调用方式如下：

1 void MoveCodeIntoRam(byte *source, byte *dest, unsigned int size)
2 {
3     while (size --)
4     {
5         *dest ++ = *source ++;
6     }
7 }

View Code

    此函数以复制的源起始地址，目标空间起始地址，复制地址内容大小为参数，调用格式为：

1 MoveCodeIntoRam((byte *)0x4400, (byte *)0x3C00, 0x400);

     在main()函数中添加如下的内容：

 1 Init_PLL();   // 初始化时钟
 2   
 3 Init_SCI0();  // 初始化串口
 4   
 5 Init_Flash();  // 初始化Flash擦写
 6   
 7 MoveCodeIntoRam((byte *)0x4400, (byte *)0x3C00, 0x400); // 从ROM中复制程序至RAM
 8   
 9 for (;;)
10 {
11       // 串口发送握手信息判断是否进入bootloader，若握手失败，进入用户程序
12       // 若进入bootloader在此处擦写Flash 
13 }

    主要的操作思路为上述所示，再有就是关于用户程序的跳转，可以直接通过指针函数的形式将用户程序调用。

    如下所示在分页区域中定义了用户程序：

 1 #pragma CODE_SEG USER_APP
 2 void application(void)
 3 {
 4     /*Do application works here*/
 5     
 6     for (;;)
 7     {  
 8            // 用户大循环
 9     }    
10 
11 }
12 #pragma CODE_SEG DEFAULT

     跳转时可以先定义函数指针，然后调用即可：

1 void (*__far ifunction)(void) = application;

    总结一下本篇的内容：

    1. 简要的给出了具体的HC9S12的Bootloader设计思路并提供了具体实现的方法

    2. 给出了从ROM中复制地址到RAM中运行的方法及其简单解释

    3. 给出了bootloader程序跳转至用户程序的函数指针方法

    后续我们会再介绍HCS12系列单片机Bootloader中的重中之重：Flash擦写思路，S19记录文件的解析

    （未完待续）

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